无刷直流电机驱动控制器的S0PC技术研究

无刷直流电机具有无电刷和换相火花，体积小，低噪声等诸多优点，广泛应用在当今的控制系统中。目前对无刷直流电机的控制主要由单片机和DSP实现。但是其外围电路复杂，对系统的稳定性和可靠性有较大的影响。近年来，基于可编程门阵列(FPGA)的硬件设计技术已经成为一种全新的设计思想。与专用集成电路(ASIC)不同的是，FPGA本身只是标准的单元阵列，没有一般集成电路所具有的功能，但用户可以根据需要，通过专门的布局布线工具对其内部进行重新编程，在最短的时间内设计出自己专用的集成电路，从而提高产品的竞争力。由于它以纯硬件的方式进行并行处理，而且不占用CPU的资源，所以可以使系统达到很高的性能。本文用纯硬件的方式设计实现了无刷直流电机驱动控制器，包括PI调节算法，外围电路简单，实时控制速度快，系统稳定可靠。

1 无刷直流电机的工作原理
无刷直流电机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。其基本工作原理就是借助反映转子位置的位置信号，通过驱动电路，驱动逆变电路的功率开关元件，使电枢绕组依一定顺序通电，从而在气隙中产生旋转磁场，拖动永磁转子旋转。
三相四极星型连结的无刷直流电机采用两两导通方式，位置传感器在无刷直流电机中起着测定转子磁极位置的作用，为逻辑开关电路提供正确的换相信息。无刷直流电机转子位置信号由3只在相位上差120°的霍尔传感器(Sa，Sb，Sc)检测，霍尔传感器一个周期内的开关信号有6个状态，如图1所示。无刷直流电机控制系统工作原理如图2所示，其中VF为逆变器，根据霍尔信号，FPGA控制器产生PWM信号，经过驱动电路放大送至逆变器各功率开关管(Th1～Th6)，从而控制电机各相绕组按照一定顺序工作，实现无刷直流电机正常运转。